How do self-driving cars “see”? - Sajan Saini

Traduttore: Revisore: Chiara Polesinanti

It’s late, pitch dark, and a self-driving car winds down a narrow country road.

È tardi, buio pesto,

e un’auto a guida autonoma scende lungo una stretta strada campestre.

Suddenly, three hazards appear at the same time.

All’improvviso compaiono tre pericoli.

What happens next?

Cosa succede dopo?

Before it can navigate this onslaught of obstacles,

Prima di poter attraversare questo campo minato di ostacoli

the car has to detect them—

l’auto deve individuarli,

gleaning enough information about their size, shape, and position,

racimolando abbastanza informazioni sulla loro dimensione, forma e posizione,

so that its control algorithms can plot the safest course.

in modo che l’algoritmo di controllo possa tracciare il percorso più sicuro.

With no human at the wheel,

Senza alcuna persona al volante,

the car needs smart eyes, sensors that’ll resolve these details—

l’auto ha bisogno di occhi intelligenti, sensori capaci di risolvere tali dettagli,

no matter the environment, weather, or how dark it is—

a prescindere dall’ambiente, il tempo o la luminosità,

all in a split-second.

tutto in una frazione di secondo.

That’s a tall order, but there’s a solution that partners two things:

È un compito arduo, ma c’è una soluzione data dall’associazione di due cose:

a special kind of laser-based probe called LIDAR,

uno speciale sensore basato sul laser, chiamato LIDAR,

and a miniature version of the communications technology

e una versione in miniatura della tecnologia che fa andare internet,

that keeps the internet humming, called integrated photonics.

detta circuito integrato fotonico.

To understand LIDAR, it helps to start with a related technology— radar.

Per capire il LIDAR, si può partire da una tecnologia simile: il radar.

Nell’aviazione,

In aviation,

radar antennas launch pulses of radio or microwaves at planes

le antenne radar inviano impulsi di onde radio o microonde agli aerei

to learn their locations by timing how long the beams take to bounce back.

per saperne la posizione

misurando quanto tempo impiegano i raggi a tornare indietro.

That’s a limited way of seeing, though,

Ma questo modo di vedere ha dei limiti,

because the large beam-size can’t visualize fine details.

perché l’ampia dimensione del fascio non permette di visualizzare i dettagli.

In contrast, a self-driving car’s LIDAR system,

Nelle auto a guida autonoma il sistema LIDAR,

which stands for Light Detection and Ranging,

Light Detection and Ranging,

uses a narrow invisible infrared laser.

usa un laser invisibile a infrarossi.

It can image features as small as the button on a pedestrian’s shirt

Può visualizzare caratteristiche piccole come il bottone sulla camicia di un pedone

across the street.

dall’altra parte della strada.

But how do we determine the shape, or depth, of these features?

Ma come si riesce a determinarne la forma o la profondità?

LIDAR fires a train of super-short laser pulses to give depth resolution.

Il LIDAR emette un treno di impulsi laser ultracorti

per fornire informazioni sulla profondità.

Take the moose on the country road.

Prendiamo come esempio l’alce sulla strada.

As the car drives by, one LIDAR pulse scatters off the base of its antlers,

Man mano che l’auto si avvicina,

un impulso LIDAR viene riflesso dalla base delle corna

while the next may travel to the tip of one antler before bouncing back.

mentre il successivo arriva alla punta prima di tornare indietro.

Measuring how much longer the second pulse takes to return

La differenza tra i tempi di ritorno dei due impulsi

provides data about the antler’s shape.

fornisce informazioni sulla forma delle corna.

With a lot of short pulses, a LIDAR system quickly renders a detailed profile.

Con un’infinità di impulsi corti,

un sistema LIDAR rende velocemente un profilo dettagliato.

The most obvious way to create a pulse of light is to switch a laser on and off.

Il modo più ovvio per creare un impulso luminoso

è accendere e spegnere un laser,

But this makes a laser unstable and affects the precise timing of its pulses,

ma questo rende il laser instabile

e incide sulla precisa temporizzazione degli impulsi

which limits depth resolution.

limitando la risoluzione della profondità.

Better to leave it on,

È meglio lasciarlo acceso

and use something else to periodically block the light reliably and rapidly.

e usare qualcos’altro per bloccare la luce periodicamente

in maniera rapida e precisa.

That’s where integrated photonics come in.

Qui entrano in scena i circuiti fotonici integrati.

The digital data of the internet

I dati digitali di internet

is carried by precision-timed pulses of light,

vengono trasmessi da impulsi luminosi temporizzati,

some as short as a hundred picoseconds.

alcuni di appena cento picosecondi.

One way to create these pulses is with a Mach-Zehnder modulator.

Per creare questi impulsi si può usare un modulatore Mach-Zehnder.

This device takes advantage of a particular wave property,

Questo apparecchio sfrutta una particolare proprietà delle onde

called interference.

chiamata interferenza.

Imagine dropping pebbles into a pond:

Immagina di far cadere dei ciottoli in uno stagno:

as the ripples spread and overlap, a pattern forms.

man mano che le onde si espandono e si sovrappongono

si forma un motivo.

In some places, wave peaks add up to become very large;

In alcuni punti, i picchi delle onde si sommano fino a diventare molto grandi

in other places, they completely cancel out.

mentre in altri si annullano.

The Mach-Zehnder modulator does something similar.

Il modulatore Mach-Zehnder agisce in maniera simile.

It splits waves of light along two parallel arms and eventually rejoins them.

Suddivide le onde della luce in due bracci paralleli

e poi le ricongiunge.

If the light is slowed down and delayed in one arm,

Se in uno dei bracci la luce è rallentata

the waves recombine out of sync and cancel, blocking the light.

le onde si ricombinano sfasate annullandosi e bloccando la luce.

By toggling this delay in one arm,

Attivando questo ritardo in un braccio

the modulator acts like an on/off switch, emitting pulses of light.

il modulatore fa da interruttore on/off, emettendo impulsi luminosi.

A light pulse lasting a hundred picoseconds

Un impulso della durata di 100 picosecondi

leads to a depth resolution of a few centimeters,

garantisce una risoluzione di profondità di qualche centimetro,

but tomorrow’s cars will need to see better than that.

ma in futuro le macchine dovranno poter veder meglio di così.

By pairing the modulator with a super- sensitive, fast-acting light detector,

Associando al modulatore un rilevatore di luce rapido e sensibile,

the resolution can be refined to a millimeter.

la risoluzione può essere migliorata a un millimetro.

That’s more than a hundred times better

È più di cento volte meglio

than what we can make out with 20/20 vision, from across a street.

di quanto possiamo vedere con una vista di dieci decimi

dall’altro lato della strada.

The first generation of automobile LIDAR has relied on complex spinning assemblies

La prima generazione di automobili LIDAR è fornita di complessi componenti rotanti

that scan from rooftops or hoods.

posizionati su tettucci o cofani.

With integrated photonics,

Con la fotonica integrata,

modulators and detectors are being shrunk to less than a tenth of a millimeter,

modulatori e ricettori saranno ridotti a un decimo di millimetro

and packed into tiny chips that’ll one day fit inside a car’s lights.

e inseriti in piccoli chip che un giorno staranno dentro i fanali delle auto.

These chips will also include a clever variation on the modulator

Questi chip includeranno anche una variazione intelligente sul modulatore

to help do away with moving parts and scan at rapid speeds.

in modo da poter eliminare elementi mobili e scannerizzare rapidamente.

By slowing the light in a modulator arm only a tiny bit,

Rallentando lievemente la luce in un braccio del modulatore,

this additional device will act more like a dimmer than an on/off switch.

questo dispositivo aggiuntivo agirà più da regolatore

che da vero e proprio interruttore.

If an array of many such arms, each with a tiny controlled delay,

Se una serie di questi bracci, ognuno con un piccolo ritardo controllato,

is stacked in parallel, something novel can be designed:

viene disposta in parallelo, viene a formarsi qualcosa di nuovo:

a steerable laser beam.

un raggio laser orientabile.

From their new vantage,

La nuova visuale privilegiata

these smart eyes will probe and see more thoroughly

permetterà agli occhi intelligenti di vedere con un’accuratezza maggiore

than anything nature could’ve imagined—

di qualsiasi altra cosa immaginabile in natura

and help navigate any number of obstacles.

e aiuterà ad attraversare un numero qualsiasi di ostacoli.

All without anyone breaking a sweat—

Tutto senza che nessuno versi una sola goccia di sudore,

except for maybe one disoriented moose.

tranne forse un povero alce disorientato.